專利名稱:一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及應用的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種水處理材料,具體地,涉及一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及其用于去除水中砷、氟、油等污染物的應用。
背景技術:
隨著我國工業規模的快速增長,由工業廢水、廢渣導致的水體污染問題也日益突出。200廣2008年在我國發生的28起重要的水污染事件中,有3起源于水中砷污染,2起源于氟污染。2002年湖南衡陽因工業廢水污染導致100多人砷中毒,出現嘔吐、手腳麻木、眼膜充血等癥狀。2007年貴州都柳江因企業違法排污使17人砷中毒,并導致沿河2萬多人生活用水困難。2005年河北圍場縣近20萬人氟中毒,2007年寧夏固原又有7萬多人氟中毒。近年來,水體中砷污染事件有增無減。根據中國地質科學院水文環境地質研究所于2011年4月間對云南柴石灘水庫、南盤江宜良境內水域砷含量的檢測結果,發現砷含量分別達0. 215mg/L和0. 226mg/L,屬于嚴重污染。2010年9月,在湖南岳陽縣的自來水例檢中,也發現砷含量超標10倍,污染源于企業高濃度含砷污水的非法排放。在我國華東、華北、西北的部分地區,包括河南、河北、天津、安徽、山西、內蒙、甘肅、寧夏、青海、新疆等地區,地下水資源都不同程度地被氟污染,特別是華北地區飲用高氟水絕對人數和比例均居全國首位,其次是華東地區。有統計數據表明,我國至少有5000萬人在飲用高氟水,因長期飲用高氟水導致大面積出現氟斑牙、氟骨癥等氟病癥的省、市、自治區已占全國的一半。我國是一個水資源嚴重不足的國家,人均擁有的淡水資源還不到世界平均水平的 25%。針對我國工業廢水中砷、氟等有害元素給我國水資源造成的日益嚴重的污染問題,開發一種能高效吸附水中砷、氟等有害雜質的過濾材料,對我國水資源凈化、生態環境保護和人民群眾的身體健康都具有十分重要的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種集物理過濾和化學吸附于一體的新型過濾材料——羥基鐵包覆過濾材料,該過濾材料采用羥基氧化鐵活性成分包覆傳統陶瓷過濾材料,可實現懸浮態顆粒物過濾與溶解態污染物吸附同步去除的功能,對工業廢水和飲用水具有很好的過濾和去除砷、氟等有害雜質的效果。為了達到上述目的,本發明提供了一種羥基鐵包覆過濾材料,該過濾材料具有核一殼結構,該核是指陶瓷濾料基體,該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經造粒、燒結形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質包覆層。上述的羥基鐵包覆過濾材料,其中,所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分數計的物質
SiO268 70%;Al2O318 24%;
CaOΓ2%;
K20/Na20 3 3.8%; CaMg (CO3) 25%。上述的羥基鐵包覆過濾材料,其中,所述的羥基氧化鐵活性物質包含FeO(OH),該 FeO(OH)是氫氧化鐵沉淀經煅燒活化處理得到。上述的羥基鐵包覆過濾材料,其中,所述的羥基氧化鐵活性物質層還包含按重量百分數計為If 20%的鎂質燒結助劑,該鎂質燒結助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。上述的羥基鐵包覆過濾材料,其中,所述的鎂質燒結助劑由按重量百分數計 30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構成;更優選的是按重量百分數計40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構成的鎂質燒結助劑。所述斜綠泥石作為粘結劑。上述的羥基鐵包覆過濾材料,其中,所述的包覆層厚度為0. 5^1. 0mm。本發明還提供了一種上述羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,該方法包含以下具體步驟
步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分數計為1(Γ14%水后進行混練, 悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于125(T128(TC燒結, 保溫2、小時后自然冷卻;
步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化、粘結,得到活化的羥基氧化鐵,即羥基氧化鐵活性物質;
步驟3,包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質對步驟1制備的濾料基體進行包覆,包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm,然后在40(T80(TC進行活化廣1. 3小時,經檢測合格的產品即可包裝出廠。上述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,其中,在步驟2中,還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質燒結助劑混合的步驟。上述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,其中,所述的鎂質燒結助劑加水兌成液體,以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。本發明還提供了一種上述的羥基鐵包覆過濾材料在水處理中的應用。現有的陶瓷濾料廣泛應用于水處理領域,但不具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力;而本發明的羥基鐵包覆濾料可廣泛應用于水處理領域,且具備吸附水污染中的砷、氟有害元素的能力,羥基鐵包覆過濾材料可吸附砷>9mg/g,氟、mg/g。本發明提供的產品吸附能力強、物理強度高、化學穩定性好,不僅對水體中溶解態污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過濾效果也優于傳統的陶瓷濾料,能產生良好的經濟效益和社會效益,具有非常好的應用前景。
圖1為本發明的一種羥基鐵包覆過濾材料的結構示意圖。圖2為本發明制備羥基鐵包覆過濾材料的工藝流程圖。
圖3為本發明的實施例中原料瓷土的礦物組成X射線衍射(XRD)分析圖;其中標注Δ的表示石英,0表示白云母。圖4為本發明的羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析圖。圖5為本發明的經600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產物的X射線衍射(XRD)分析
A-Fe2O3
圖,其中SiO2 。
-FeO(OH)圖6為本發明的鎂質燒結助劑的X射線衍射(XRD)分析圖,
O-白云石
其中滑石。
.,、 □-斜綠泥石(Mg’Fe)6(S i,A1)4O10(OH)3圖7為本發明的燒結后陶瓷濾料基體的X射線衍射(XRD)分析圖,
A-SiO2 其中寞來石。
■ -FeSiOi圖8為本發明的燒結后陶瓷濾料基體的顯微結構(SEM,X 3000)示意圖。圖9為本發明的羥基鐵包覆濾料表面的X射線衍射(XRD)分析圖
▲ -FegOg 其中· -SiO2 ο -FeO(OH)圖10為本發明的包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結合情況示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步地說明。為了使羥基鐵包覆濾料既有一定的強度,又有很好的過濾和吸附性能,如圖1所示,本發明提供的羥基鐵包覆過濾材料具有核一殼結構以傳統的陶瓷濾料為基體10 (即, 核),在其表面包覆羥基氧化鐵活性物質包覆層20 (S卩,殼)。該陶瓷濾料基體10是采用陶瓷濾料經造粒、燒結形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上。如圖2所示,為本發明制備羥基鐵包覆過濾材料的工藝流程陶瓷濾料經攪拌混合,造粒,燒結,得到陶瓷濾料基體;三氯化鐵和氫氧化鈉經化學沉積步驟得到氫氧化鐵,該氫氧化鐵經煅燒活化得到羥基氧化鐵,該羥基氧化鐵與鎂質燒結助劑混合均勻后,包覆在陶瓷濾料基體外部,再經活化,檢驗合格后,包裝。實施例1
制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料包括瓷土、三氯化鐵、氫氧化鈉、鎂質燒結助劑。陶瓷濾料基體以萍鄉本地出產的瓷土為主要原料,其礦物組成主要是高嶺土、石英和少量白云母,如圖3所示。包覆層羥基氧化鐵以按重量百分數計20%的氯化鐵(FeCl3)、15%的燒堿(NaOH)及
565%的水為原料反應,采用化學沉積法制備;其中,形成羥基氧化鐵的化學反應如下 FeCl3 + 3Na0H —~- Fe(OH)3 J, + 3NaCl Fe (OH) 3 —“^ FeO(OH) + H2O。如圖4所示,羥基氧化鐵的熱重一差熱(TG-DSC)分析結果顯示,從室溫至900°C 一直存在一個緩慢的失重過程,總失重量為3. 29%,說明羥基的脫除是一個漸進過程,在 900°C前羥基氧化鐵均有較高的活性。經600°C煅燒活化后的羥基氧化鐵產物的XRD分析結果如圖5所示,主晶相為Fe2O3和FeO (OH),另有少量SiO2,可能是在樣品加工過程中帶入的。為了提高羥基氧化鐵包覆層與陶瓷濾料基體間的結合強度,在羥基氧化鐵粉中加入了按重量百分數計18%的鎂質燒結助劑,其物相組成如圖6所示,由40%(重量百分比)白云石、40%滑石和20%斜綠泥混合構成,加水攪拌,兌成液體混合物,以噴霧的形式加入。步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分數計為10%水后進行混練, 悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于1250°C左右燒結, 保溫2、小時后自然冷卻;燒結后陶瓷濾料基體的X射線衍射分析結果如圖7所示,其主晶相為莫來石和石英(SiO2),另有少量硅酸鐵(FeSi03)。為了獲得較高強度,陶瓷基體已基本實現致密化燒結,表面呈凹凸不平的結構,有利于羥基鐵包覆在其表面,如圖8所示為燒結后陶瓷濾料基體的顯微結構(X3000),內部可見平均晶粒尺寸在ΙΟμπι以下,孔徑多在 2 5 μ m之間。步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒活化,得到羥基氧化鐵粉末,然后向該羥基氧化鐵粉末中以噴霧的形式加入鎂質燒結助劑液體,攪和均勻,得到羥基氧化鐵活性物質;
步驟3,包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質對步驟1制備的濾料基體進行包覆,包覆層厚度控制在0. 5^1. 0mm,然后在40(T8(KrC進行活化,經檢測合格的產品即可包裝出廠。所得的羥基鐵包覆濾料表面的XRD分析結果如圖9所示,主要晶相為氧化鐵、二氧化硅和羥基氧化鐵。包覆層表面與陶瓷濾料基體間的結合情況如圖10所示,基體與包覆層結合緊密,無明顯界面。羥基鐵包覆過濾材料的性能檢測
本發明制備的羥基鐵包覆過濾材料產品經工業陶瓷國家測試中心江西省工業陶瓷質量監督檢驗站檢驗,結果如下
堆積密度1. 78 g/cm3體積密度1. 62 g/cm3破碎率0. 75 %莫氏硬度6級堆積孔隙率28. 60 %吸水率2. 16 %導熱系數4. 41 ff/m. K比熱735 J/kg.K砷最大吸附量9. 48 mg/g氟最大吸附量8· 0 mg/g油最大吸附量3. 0 mg/g。本發明的產品在廣東省東莞常平第二水廠的試用結果表明,使用本發明產品后, 水中砷化物含量由原來的0. 2mg/L降低至0. 03mg/L ;氟化物含量由1. 3mg/L降低為0. 8mg/ L,經多次檢驗,各項性能指標均達到國家飲用水標準。本發明的產品用于含油廢水、電鍍廢水、綜合廢水的處理工藝中,經多次檢測,表明該產品可高效吸附分離水體中的污染物,尤其對砷、氟、油等污染物具有高效吸附截留功效,完全滿足對廢水處理的設計要求和排放標準。因本發明產品的吸附能力強、物理強度高、化學穩定性好,不僅對水體中溶解態污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過濾效果也優于傳統的陶瓷濾料,具有巨大的市場前景。實施例2
除鎂質燒結助劑組成外,制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料及重量百分比組成與實施例1相同。本實施例所用鎂質燒結助劑由滑石構成。采用與實施例1相同的方法,制備得到羥基鐵包覆過濾材料2,其主要性能指標如表1所示。實施例3
除鎂質燒結助劑組成外,制備羥基氧化鐵包覆過濾材料所用原料及重量百分比組成與實施例1相同。本實施例所用鎂質燒結助劑由80%滑石和20%斜綠泥構成。采用與實施例1相同的方法,制備得到羥基鐵包覆過濾材料3,其主要性能指標如表1所示。表3羥基鐵包覆濾料2和3主要性能指標
權利要求
1.一種羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,該過濾材料具有核一殼結構,該核是指陶瓷濾料基體(10),該陶瓷濾料基體(10)是采用陶瓷濾料經造粒、燒結形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質包覆層(20),所述包覆層(20)厚度為0. 5^1. 0mm。
2.如權利要求1所述的羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,所述的陶瓷濾料包含以下按重量百分數計的物質SiO268 70%;Al2O318 24%;CaOΓ2%;K20/Na20 3 3.8%;CaMg (CO3) 25%。
3.如權利要求1所述的羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,所述的羥基氧化鐵活性物質包含FeO (OH),該FeO (OH)是氫氧化鐵沉淀經煅燒活化處理得到。
4.如權利要求3所述的羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,所述的羥基氧化鐵活性物質層還包含按重量百分數計為If 20%的鎂質燒結助劑,該鎂質燒結助劑包含白云石、滑石和斜綠泥石的任意一種以上。
5.如權利要求4所述的羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,所述的鎂質燒結助劑由按重量百分數計30-50%白云石、30-50%滑石和10-30%斜綠泥石構成。
6.如權利要求5所述的羥基鐵包覆過濾材料,其特征在于,所述的鎂質燒結助劑由按重量百分數計40%白云石、40%滑石和20%斜綠泥石構成。
7.一種根據權利要求1-5任意一項所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,其特征在于,該方法包含以下具體步驟步驟1,制備濾料基體稱取陶瓷濾料,添加按重量百分數計為1(Γ14%水后進行混練,悶料均化后用團球機成形為直徑廣3mm的生坯球,干燥后在梭式窯中于125(T128(TC 燒結,保溫2、小時后自然冷卻;步驟2,制備羥基氧化鐵活性物質以三氯化鐵和氫氧化鈉溶液化學沉積得到的氫氧化鐵,該氫氧化鐵在60(T90(TC煅燒粘結,得到活化的羥基氧化鐵,即羥基氧化鐵活性物質;步驟3,包覆采用團球機使步驟2制備的羥基氧化鐵活性物質對步驟1制備的濾料基體進行包覆,包覆層厚度控制在0. 5 1. 0mm,然后在40(T80(TC進行活化廣1. 3小時,經檢測合格的產品即可包裝出廠。
8.如權利要求7所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,其特征在于,在步驟2中,還包含將活化的羥基氧化鐵與鎂質燒結助劑混合的步驟。
9.如權利要求8所述的羥基鐵包覆過濾材料的制備方法,其特征在于,所述的鎂質燒結助劑加水兌成液體,以噴霧的形式加入到活化的羥基氧化鐵中。
10.一種根據權利要求1-5任意一項所述的羥基鐵包覆過濾材料在水處理中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種羥基鐵包覆過濾材料、其制備方法及應用,該過濾材料具有核—殼結構,該核是指陶瓷濾料基體,該陶瓷濾料基體是采用陶瓷濾料經造粒、燒結形成的,該陶瓷濾料是指高嶺土、石英和白云母的任意一種以上;該殼是指在所述核的表面包覆的羥基氧化鐵活性物質包覆層。本發明提供的羥基鐵包覆過濾材料吸附能力強、物理強度高、化學穩定性好,不僅對水體中溶解態污染物具有很好的吸附截留效果,而且其物理過濾效果也優于傳統的陶瓷濾料,能產生良好的經濟效益和社會效益,具有非常好的應用前景。
文檔編號C02F1/28GK102500162SQ20111036142
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者廖正輝 申請人:廖正輝